1 一種 逐步 銑削的新型數(shù)控機床控制裝置 馬里博爾大學 ,機械工程學院，智能制造實驗室， 馬里博爾 ， 斯洛文尼亞 許倍雷譯 摘要： 本文介紹的設計方案，操作和分析 一種逐步銑削新型數(shù)控機床控制裝置的洗削步驟 。 逐步建立功能齊全，一步銑削裝置可確保 該 銑削工件月底或錐形銑刀 ， 兩者的比例約為深度銑 (mm)和銑削刀具直徑 D(mm)大于 1.5(a/d1.5)導致 在增加耐磨性的 最前沿。打破 該銑刀減至最低， 不是經(jīng)常 的 ， 和銑削力降低，因而造成規(guī)模較小的撓度銑削工具 和 控制精度 較 高的加工 ， 該 機床使用比較好 。 關鍵詞 ： 數(shù)控機床控制 裝置 ； 按部就班銑 1 前言 技術問題發(fā)生 在 當加工一些復合部件使用完或錐形銑刀的小直徑在大切削深度。根據(jù)該建議刀具制造商的深度銑 削必 須符合范圍 1-1.5 D ，其中 D 是銑刀直徑。 通常 ，深度銑所需用于制造的零件可能高達六自由度。 這個問題尤為嚴重，當加工零件（模具 ） ，以錐形銑刀 （ 切削深度 是 4D， 錐角 3 至 6 ） ， 如粗銑 一 件 特 別 粗 的 粗刀是不可能的 和 在案件模具加工 中 （材料的模具鋼是根據(jù) DIN 1.2343-0.4 碳 ， 1 硅 ， 5 鉻， 1.3 ，鉬， 1%鎢 ） 為擠壓鋁的鋼筋，管道，及橫梁 。 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與現(xiàn)有的 解決方案 當前 先進的技術 對各類型的加工提供了交合適的解決方案。 對 工業(yè)用途 來說 ， 當主要問題出現(xiàn)時 ， 在以 制造 時間 ，刀具磨損 的阻力 ，表面 質(zhì)量 ，幾何精度和制造成本的前提下， 優(yōu)化選擇技術解決方案 ，是很有必要的。 在 確保數(shù)控車銑 的高品質(zhì)方面 ，文獻 也 記載了一些解決方法 。 該文獻 包含了用特殊形狀的刀具進行逐步銑削的 討論 方法。對用逐步銑削的 加工 每個形狀 的使用來說 ， 一種 特殊形狀 的刀 具 是必要的 。 在這個過程中 刀 具 的運動路線是不會改變的 ， 只有制造的形狀 會改變 ，銑刀 逐步銑削出來的形狀會受到外屆因素的影響。 美國專利 提出了一 種很 高速度的絕 熱面銑床。 這種芯片 的 去除系統(tǒng) 效率是象那種重復銑削的芯片幾乎淘汰并且使得 刀具壽命得到 了 提高。 這個解決方案 需要一種新的機床和 一個 高投資 。 在文章中 上述銑削 的裝置 和方法 并不包括逐步銑削的新的解決方法的描述。 2 3 循序漸進的銑削方法 這種逐步 銑削方法的特點 是在銑削描述方面 的 銑刀 距離用 （ F1 代）的步驟和在描述相反方向的 相關 運動的銑刀 距離用 （ F2代 ）， 如 （圖 1 ）。 圖（ 1） 圖 1.一種逐步銑削的程序，銑削的深度， f1.在正方向上的加工距離， f2.在反方向上的加工距離， D.銑刀的直徑 圖（ 2） 圖 2.沿著編程軌跡運動的新的刀具路線， f1.在正方向上的加工距離， f2.在反方向上的加工距離， Pst-t.運動軌跡的起始點； Pend-t 運動軌跡的終點。 Pst.每一個運動前進的起始點， Pend.每一個偏差的終點， Pint.中間點（前一個偏差的終點和下一個運動的起點的點） 。 4 數(shù)控機床控制裝置 4.1描述和操作 逐步銑削的數(shù)控控制裝置包括一塊 輸入 通信模塊，一個步碼的發(fā)電機，一個適當?shù)目刂瞥绦颍?一塊 輸出 通信模塊和一個 微處理器。 銑刀的運動路線是 如達到 一 個 深度 3 和銑刀直徑高達 5D 的比率的 ， 而 不能用常規(guī)控制銑床 所取 得的比率 。 該裝置讀取 某一特定產(chǎn)品的 數(shù)控程序 的程序步驟 ， 在逐步銑削過程中 確定了理想 的其始 點 Pst-t （圖 2 ）和 終 點（ pend - t ） 和其 加工過程 中的 參 數(shù) f1和 f2。 參數(shù) f1是 該加工正 方向 上的距離 ， 參數(shù) f2是該加工反方向上的距離， a是銑削的深度。參數(shù) f1和 f2是通過在實驗室的無數(shù)次實驗和實際運動中和確保逐步加工的所有優(yōu)勢后才被確定的。它的最優(yōu)值是指 f1=0.2-0.8， f2=0.05-0.4mm，并且著兩個參數(shù)必須滿足 f1f2；暫停時間是 Ts=0.01-1s，該裝置改變了刀具目前狀況的值，以至于 它 與 預期的限值和一種逐步銑削的方法的要求想對應。 該裝置的 生成路徑的特點， 在發(fā)明基礎上，是在 計劃軌跡 中的 一個循環(huán)反復的一步 運動。 在預定的（期望）的方向 上的刀 具 f1的 運 動， 在值 Ts=0.01-1s的位置上停止，和刀具 f2在反方向上運動。 這一步 運動 是反復沿 著刀 具 運動的 指定軌跡 的運動 。 圖（ 3） 圖 3. 一個新的 刀 具 路線的生成流程圖 。 1.讀輸入數(shù)控 機床的 句 ； 2.塊的開始；3.職能的使用如 G17， G18， G90， G91； 4.坐標系統(tǒng)的變化； 5.參數(shù) f1和 f2的定義；6.快 速運動（ G00）； 7.數(shù)控機床編程的書面記錄； 8.軌跡的終點 Pend-tf1； 9.運動到 Pend-t； 10.f1,f2運動的產(chǎn)生 11.為靠近 偏差 時記錄的步驟； 12.坐標的變化；13.記錄步驟； 14.最后的一步 4.2 計算機算法 4 數(shù)控控制 裝置 自動 演示 該 刀 具的 步驟 和坐標 的變化 。 圖（ 4） 圖 4. 一臺機床 進入數(shù)控裝置單元內(nèi)逐步控制的方法（ 來自 數(shù)控機床的單元的布局） 1，手動輸入 ； 2，輸入與沖壓磁帶 ； 3， 4， 譯碼 ； 5，計算機 ； 7，位置坐標（ x,y,z.）；8，功能記憶（ S， T， M.）； 9.1，逐步裝置（在計算機里）； 9.2，逐步裝置（記憶前）； 9.3，逐步裝置（在數(shù)控輸入前）； 10，插補； 11，函數(shù)執(zhí)行單元； 12，插數(shù)據(jù)流； 13，比較單元； 14， 15，轉(zhuǎn)換單元； 16，數(shù)控機床控制單元； 17，位置數(shù)據(jù)；18，測量數(shù)據(jù)； 19，數(shù)據(jù)功能； 20，機床； 21，接口； 22，測速發(fā)電機； 23，步進（ 或伺服 ）馬達。 圖（ 5） 圖 5.工件和加工方向 5 計算機解決方案 的模型 是基于以下假設條件和要求： 1)、 未經(jīng)矯正的加工（ G40） 。 2)、 程序員 編寫 數(shù)控加工的 “ 常規(guī) ” 程序； 逐步 加工開始和結束 是 由文本形式 的 兩項紀錄 確定大的 。 3)、 該程序 包括加工功能 G17和的 G18 。 4)、 該 程序 表 現(xiàn)了 所有職能 在 加工過程 中的影響 （ G90， G91， G54 -G59， G00， G01，G02， G03） 。 5)、 該程序包含了 所有三個坐標（ x,y,z）的同時加工。 6)、 該程序的變化只是對塊標志里的陳述的變化。 7)、 報表數(shù)字的重編。 8)、 輸出數(shù)據(jù)文件的建立。 9)、 該 程序 包含加工更正 的查核。 10)、 計算機程序的操作算法如圖 3所示。 在 理想的 位置 上偏差的檢查 是自動進行。 6 圖（ 6） 圖 6. 力用圖形來表示 4 3把現(xiàn)有的 方法 編 入現(xiàn)有的數(shù)控控制單元 這種 控制可以被 結合 到銑削 加工中用如圖 4所示的 三種方式 ： 1)、 對 銑削機床控制單元 來說 ， 它在原來的位置 和插補 如 9.1 的位置所示的之間。 2)、 對 數(shù)控控制單元 來說 它緊靠在 數(shù)據(jù)模塊 讀數(shù)后 ， 如 9.2的位置所示 。 3)、 在 數(shù)控控制單元 之前 ，該數(shù)控程序截取輸入數(shù)據(jù)，并適當?shù)靥幚恚?如 9.3位置所示。 5 實驗和試驗 5.1一般 7 1)、 為銑削通過 傳統(tǒng) 的方法 和新方法 的 按部就班裝置 測試 是 被執(zhí) 行 。 2)、 在實驗室里 和為鋁擠出的刀具的真實產(chǎn)品里這些測試被執(zhí)行。 3)、 帶有 托盤系統(tǒng) 和 一個工具 庫的 臥式 4 軸 的 加工中心（海勒東亞 - 05 ） 被 使用。 4)、 模具 固定 是與 iso50錐固定一起演示的。刀具的加工是水平的。（ G17） 5)、 一 種為 測量切削力 的 測量 裝置 是 被固定在 加工中心 座上。 為得到 加工測量結果 一些測量實驗和軟件使用 在馬里博爾大學的機械工程學院已經(jīng)被廣泛應用。 6)、 這些測試內(nèi)容是鋁 AlMgSil(AC30T6-工廠產(chǎn)品的稱號 ) 和 有根據(jù) DIN 標準1.2343 規(guī)定的鋼。 表 1 對鋁 AlMgSil 為刀 具 耐磨性 進行的 兩個計劃測 試 表 1 表 2 表面粗糙度的測量 為 加工我們選擇了四種類型刀具材料 是 KESTAG頭的 銑刀 ： HSS Co8（直徑 10mm，4-7mm 的圓錐形 ， 20mm 到 20mm的粗加工）。銑削深度是 1.5D 4D。用 乳液 來 冷卻 。每一個測試塊的切削路線的長度是 50mm長的兩倍切削。 8 加工形狀和工件如圖 5所示。 測量切削力 的 測試 時計劃和選定參數(shù)都在表 1中給定了。該測試包含了切削力的測量法，耐磨性， 刀具切削邊緣 的 抗壓性，加工的幾何精度，加工表面的粗糙度和工件的可視化分析 。 5.2 切削力的分析 Fx,Fy,和 Fz 的平均值的計算。最大值的確定和切削力的標準偏差的計算； 結果 用圖來表示 切削力的平均值，最大切削力，切削力的平均偏差， 切割速度 如圖 6所示。 5.3三維坐標 的 測量 加工 狹長孔形狀的測量在一個 UMC850（通用測量中心）的實驗室里進行為所有工件和 理想 狹長孔形狀 和 實際狹長孔形狀的比較。一種 KUMVDA 的編程軟件 它會自動感應理想曲線 的點被使 用 。圖 7表現(xiàn)了在傳統(tǒng)工藝和當逐步銑削加工的方法中狹長孔的理想曲線（虛線）和實際曲線（實線）之間的偏差。 圖（ 7） 9 圖 7 真 實曲線 （虛線） 和 理想 曲線 （實線） 的偏離 。常規(guī)銑削過程 ： （ a） 軌跡 3.1； (b)軌跡 3.2。逐步銑削： (c)軌跡 6.1； (d)軌跡 6.2。 5.4粗糙度 表面粗糙度的測量方法是通過 MITUTOYO SURF TEST 211 的方法執(zhí)行的。這些結果是通過 微型處理器 DIGMATIC DP1-HS 處理的 .測量結果已在表 2 中給出并且表現(xiàn)了在傳統(tǒng)銑削處理和逐步銑削例子中表面粗糙度之間的不同。 5 5可視化分析 傳統(tǒng)加工和逐步加工的結果可以在圖 8中看見。 6 結論 通過逐步銑削裝置，深度的比率和銑削切削直徑達 5D 都能 達到。而這些在傳統(tǒng)銑